Электропитание устройств и систем телекоммуникаций

УДК 621.314.2

Захаров Л.Ф., Курбатов В.А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие/ МТУСИ.- М. 2017.- 41с.

В учебное пособии приведены контрольные задания и методические указания к их выполнению по курсу «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций». Изложены методические материалы по проектированию системы бесперебойного электропитания современного телекоммуникационного оборудования. Приведены характеристики и справочные материалы отечественного и зарубежного оборудования электропитания, а также методика расчета и выбора оборудования и устройств электропитающей установки. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 11.03.02.-Инфокоммуникационные системы и технологии, профили СС, МС, СРР, СМС.

Ил. 3, табл. 10, список лит. 11 назв.

Утверждено на заседании метод.совета МТУСИ в качестве учебнометодического пособия.

Протокол №2 от 06.12.2016 года.

Рецензент: В.Н.Гордиенко,- д.т.н., профессор кафедры МТС МТУСИ; Е.В.Костюк,- к.т.н., доцент каф. ЭБЖиЭ МТУСИ.

ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЗАДАЧИ №1

Задача №1 предусматривает расчёт и выбор оборудования ЭПУ, выполненной по буферной (модульной) системе электропитания, основными элементами которой являются стабилизирующие выпрямительные устройства и двухгруппная аккумуляторная батарея [1]. В табл.1.1 задания приводится допустимые пределы изменения напряжения на входе стативов аппаратуры, максимальное значение мощности, потребляемой технологическим оборудованием, в час наибольшей нагрузки и падение напряжения в токораспределительной сети ТРС постоянного тока.

Таблица 1.1

3

Для расчёта и выбора оборудования ЭПУ необходимо также знать время аккумуляторного резерва tав (время питания аппаратуры от одной группы аккумуляторной батареи) и минимальное значение температуры tокр в помещении, где устанавливаются аккумуляторы. Значения tав и tокр приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

На объектах телекоммуникаций для питания технологического оборудования в аварийных режимах работы ЭПУ (при отсутствии электрической энергии переменного тока) применяются аккумуляторные батареи, составленные либо из кислотных аккумуляторов закрытого типа, либо из кислотных герметизированных аккумуляторов. Аккумуляторы закрытого типа характеризуются большим сроком службы, допускают более широкие пределы изменения напряжения и тока в режиме заряда и подзаряда, но требуют для ус-

4

тановки отдельного от аппаратуры помещения (аккумуляторной) и периодической доливки дистиллированной воды с последующими уравнительными зарядами. В настоящее время на практике все большее применение находят герметизированные кислотные аккумуляторы, выполненные по технологии dryfit или по технологии AGM [1], чаще всего, размещаемые в тех же стативах, что и все остальные элементы системы электропитания.

При определении требуемой ёмкости аккумуляторов следует иметь ввиду, что каждая группа должна обеспечить электропитание аппаратуры в течение времени tав, указанном в табл.1.2. Кроме того, следует иметь в виду, что для современной инфокоммуникационной аппаратуры характерным является независимость мощности потребления от значения выходного напряжения ЭПУ.

Допустимые значения напряжения на зажимах одного аккумулятора (элемента) в конце разряда (в зависимости от длительности разряда) для герметизированных аккумуляторов приведены в табл. 1.3.

1.1. Определение числа элементов в каждой группе аккумуляторной батареи.

1.1.1.Определяем необходимое число элементов в каждой группе аккумуляторной батареи, обеспечивающее питание аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ:

где Uн. мин – минимально допустимое значение напряжения на входных зажимах оборудования, определяемое из табл.1.1;

5

Uк.р. – допустимое напряжение в конце разряда для одного элемента, определяемое из табл.1.3;

UТРС –падение напряжения в ТРС.

Округляя до ближайшего большего целого числа значение, найденное из (1.1), получим необходимое количество элементов n в каждой группе АБ.

1.1.2. Определяем максимально возможное значение напряжения на зажимах аккумуляторной батареи UАБ. макс (при проведении уравнительного заряда):

Вычисленное по (1.2) значение UАБ. макс не должно превышать максимально допустимое напряжение на входных зажимах оборудования Uн. макс, за-

1.2. Расчёт и выбор ёмкости аккумуляторной батареи.

1.2.1. Определяем мощность, отдаваемую одним элементом (аккумулято-

По табл.П1.1…П1.2 (см. Приложение 1) разряда аккумуляторов постоянной мощностью до Uк.р. определяем требуемую номинальную ёмкость аккумулятора Сном, обеспечивающую расчётное значение Рэл при заданном конечном напряжении разряда Uк.р. и заданной длительности разряда tав=tраз . В этих таблицах также приведены значения разрядной мощности для моноблоков, состоящих из двух, трех или 6-ти элементов. При комплектации аккумуляторной батареи моноблоками выбор типа аккумулятора следует производить исходя из требуемой разрядной мощности моноблока РМ:

РМ = РАБ /m,

6

где m – число моноблоков в каждой группе АБ.

где k принимает значения 2, 3 или 6.

Причем при определении m округление следует делать до ближайшего большего целого числа. Следует убедиться в возможности проведения уравнительного заряда АБ без ее отключения от ЭПУ, т.е.

По результатам выбора в контрольной работе записывается тип аккумулятора и его номинальная ёмкость Сном .

1.2.2. Задаёмся величиной зарядного тока аккумуляторной батареи (для герметизированных кислотных аккумуляторов следует задаваться величиной зарядного тока не превышающей 0.2*Сном) и определяем требуемое значение IАБ зар для двух групп АБ:

1.3.Расчёт и выбор выпрямительных устройств.

Современная инфокоммуникационная аппаратура, как правило, содержит в своем составе собственные импульсные стативные преобразователи (DC/DC) выходного напряжения ЭПУ в напряжения постоянного тока, которые необходимы для её функционирования ( +1,3…3,3 В; +/- 5 В; +/- 12 В и т.д.). Поэтому она представляет для ЭПУ нелинейную нагрузку с практически неизменной мощностью потребления не зависимо от значения выходного напряжения ЭПУ. Аппаратура может также иметь собственные блоки питания и требовать для своей работы электрической энергии переменного тока, которую она получает от инверторных устройств, подключаемых к выходу ЭПУ. Сами инверторные устройства для ЭПУ также представляют нелинейную нагрузку с практически неизменной мощностью потребления не зависимо от значения выходного напряжения ЭПУ. Вследствие этого обстоятельства максимальное значение общего выходного тока выпрямителей Iвып макс будет иметь место в самом начале заряда АБ после аварийного режима рабо-

7

ты ЭПУ, когда напряжение Uнач зар на частично разряженной АБ будет иметь минимальное значение. Величиной Uнач зар следует задаться в пределах (2,0…2,05)*n (n- число аккумуляторов в каждой группе АБ).

1.3.1. Определяем максимальное значение выходного тока Iвып макс выпрямительных устройств.

устройств без их резервирования. В качестве выпрямителей следует выбирать современные цифровые выпрямительные устройства с бестрансформаторным входом (типа ВБВ) на соответствующее заданию выходное напряжение. Предпочтение следует отдать выпрямителям, имеющим максимально возможные значения КПД и коэффициента мощности. При этом, также следует иметь в виду, что установка двух выпрямителей на заданный выходной ток вместо одного приводит к удорожанию ЭПУ. Номенклатура и технические характеристики однофазных выпрямителей типа ВБВ-3К (цифровые с корректором коэффициента мощности) приведены в таблице П.1.3(см. Приложение 1).

где Iном , А – номинальный (максимальный) ток одного выпрямительного устройства, значение которого приведены в табл. П.1.3.

1.3.3. Определяем общее число выпрямительных устройств nв в ЭПУ с

1.3.4. По табл. П.1.4 выбираем тип устройства, в котором будут размещаться выпрямители, контроллер и другие элементы системы бесперебойного питания постоянного тока.

1.3.5. Определяем максимальное установившееся значение тока фазы Iф макс , потребляемого ЭПУ от сети переменного тока в начале заряда АБ. Следует иметь в виду, что для обеспечения равномерной загрузки фаз трехфазной питающей сети, несмотря на то, что в задаче предполагается приме-

нение однофазных выпрямительных устройств, к устройству, в котором размещаются эти выпрямители, подводятся три фазы (L1, L2. L3), нейтраль (N) и проводник защитного заземления (РЕ).

8

В случае применения в ЭПУ однофазных выпрямительных устройств, работающих от одной фазы сети переменного тока с номинальным значением напряжения Uс ном =220 В

где в – КПД выбранного выпрямительного устройства;В – коэффициент мощности выпрямительного устройства;

Uс мин=0,85 *Uс ном – минимальное значение фазного напряжения сети. В случае подключения однофазных выпрямительных устройств к разным фазам трехфазной сети максимальное значение тока Iф1 макс, потребляе-

мого от одной фазы трехфазной сети

где К - максимальное число выпрямителей, подключенных к одной фазе. 1.4. Структурная схема ЭПУ.

9

Рис.1. Упрощенная структурная схема ЭПУ (системы бесперебойного электропитания СБП).

На рис.1 представлена структурная схема цифровой СБП типа УЭПС-3 48/1800604, выпускаемой Юрьев-Польским заводом. В состав данной СБП может входить до 6-ти однофазных цифровых выпрямительных устройств типа ВБВ-48/30- 3К. Реально установленное количество выпрямителей в СБП, показанной на рис.1 равно 4, что отражено в четырех последних цифрах условного обозначения системы (0604). Подключение выпрямителей к трехфазной сети осуществляется через индивидуальные однополюсные автоматические выключатели QF1-***. Для защиты оборудования СБП от импульсных перенапряжений на входе установлено устройство защиты –УЗИП (называемое в литературе также устройством грозозащиты), реализованное на варисторах. Каждая группа аккумуляторной батареи состоит из четырех 12-ти вольтовых моноблоков герметизированных кислотных аккумуляторов типа Р12V2130, т.е. в данном случае m=4, а k=6. Номинальная емкость каждой группы АБ – 105 А*ч. Для защиты АБ от КЗ и возможности отключения в случае необходимости в минусовом полюсе каждой группы установлен автоматический выключатель QF2-***. Защита и коммутация нагрузок, а также отключение низко приоритетных нагрузок с целью увеличения длительности аккумуляторного резерва осуществляется с помощью автоматических выключателей QF3-***. Защита АБ от недопустимо глубоких ее разрядов осуществляется ее отключением от ЭПУ с помощью контактора глубокого разряда – КГР (LVD или LVBD в английской транскрипции ). Для возможности считывания контроллером тока АБ и тока нагрузки установлены соответственно токовые шунты RS1и RS2. Мониторинг выходных параметров ЭПУ, управление выпрямительными устройствами и передача данных о состоянии СБП на дисплей контроллера или на монитор ПК, подключенного к контроллеру или с помощью модема, подключенного к контроллеру удаленному оператору осуществляется в режиме реального времени. Кроме того, контроллер выполняет следующие основные функции:

-контроль напряжения сети;

-контроль состояния автоматических выключателей (предохранителей) защиты;

-коррекцию выходного напряжения выпрямителей с целью температурной компенсации напряжения содержания АБ;

10